В устройствах, которые состоят из одной или нескольких молекул, начинают проявляться законы квантовой механики. Электрон может туннелировать через молекулу (при этом эффекте квантовые частицы проходят через барьеры, высота которых больше энергии частиц). Это приводит к нелинейному виду вольтамперных характеристик молекул. Вольтамперная характеристика — это зависимость тока, который протекает через элемент от приложенного к нему напряжения.
Такие процессы открывают простор для конструирования молекул с подходящими электрическими свойствами. Молекулы могут служить нанотранзисторами или нановыпрямителями тока, то есть, компонентами для разных электронных устройств.
Исследователи пропускали ток через нанослой, который зажат между двумя контактами — оксидом индия-олова и алюминия. Нанослой состоял из молекул Ru(Phen)3. Толщина слоя варьировалась от 4 до 16 нм, это соответствует нескольким молекулам. Сложность исследования была в том, что молекулы меняет свои свойства при соединении с контактом. Ученый объяснил, что молекулярные уровни расщепляются, а это сильно сказывается на проводимости.
Авторы исследования планируют рассмотреть несимметричную молекулу. От нее ученые ожидают сильных выпрямляющих свойств. Молекула, например, сможет работать в качестве миниатюрного диода.
Константин Катин прогнозирует, что через 10-15 лет большинство используемых электронных компонентов по размер будут сравнимы с молекулой. Это увеличит производительность компьютеров и сильно снизит энергопотребление. Но после уменьшения электроники ученым придется искать новые пути ее развития.
Молекулярной электроникой ученые занимаются не одно десятилетие, но рынок микроэлектроники пока остается небольшим. Главным игроком в этой сфере можно назвать «Микрон», который имеет крупное серийное производство. Также работает предприятие «Группа Кремний Эл» в Брянске и «Ангстрем» в Зеленограде, есть несколько десятков дизайн-центров.
Участники рынка в этом году жаловались на дефицит квалифицированных кадров, а тем временем Минпромторг поставил перед ними непростую задачу. К 2030 году доля российского оборудования в критичных базовых технологических процессах должна достигнуть 70%. Хватит ли на это ресурсов — большой вопрос. Правда, Минобрнауки планирует помочь отрасли и запустить 67 лабораторий по направлению «Микроэлектроника» на базе вузов и научных организаций.